补充第2章(2.1重力沉淀).ppt

1 第2章沉淀 Sedimentation 2 第一节概述1 沉淀的定义悬浮颗粒在重力作用下 从水中分离的过程称为沉淀 实现悬浮颗粒与水分离的构筑物或设备称为沉淀池 1 当悬浮物密度大于水时 悬浮物下沉与水分离 沉淀 2 当悬浮物密度小于水时 悬浮物上浮与水分离 上浮 3 2 沉淀去除的对象及构筑物 砂粒 化学沉淀 混凝絮体 生物污泥 污泥浓缩 4 3 位置及作用A 作为处理系统的主体 B 工艺流程主体处理单元之前 预处理 C 工艺流程主体处理单元之后 D 污泥处置 1 城市污水处理工艺 5 2 高浓度有机废水处理工艺 3 含铬废水处理工艺 6 1 自由沉淀水中悬浮物颗粒浓度低 呈离散状态 互不干扰 各自完成沉淀过程 颗粒在下沉过程中的形状 尺寸 密度 不发生变化 例如 沉砂池 4 沉淀类型根据悬浮颗粒的性质及其浓度的高低 沉淀可分为四种类型 7 2 絮凝沉淀水中悬浮物浓度不高 但有絮凝性能 在沉淀过程中互相碰撞发生凝聚 其粒径和质量均随沉淀距离增加而增大 沉淀速度加快 例如 二沉池 混凝沉淀 8 3 拥挤沉淀 分层沉淀 水中悬浮物浓度较高 颗粒下沉受到周围其它颗粒的干扰 沉速降低 颗粒碰撞互相 凝聚 而共同下沉 形成一明显的泥 水界面 沉淀过程实质是泥 水界面下降的过程 沉淀速度为界面下降速度 如 二沉池的上部 污泥浓缩池上部 动画 9 4 压缩沉淀当悬浮物浓度很高 颗粒互相接触 互相支承 在上层颗粒的重力作用下将下层颗粒间的水挤出 使颗粒群浓缩 例如 二沉池污泥斗 浓缩池底部 10 第二节自由沉淀一 自由沉淀的假定条件实际中水流状态 悬浮物的大小 形状 性质是十分复杂的 影响颗粒沉淀的因素很多 为了解颗粒在水中自由沉降过程的动力学本质 进行如下假定 颗粒为球形 沉淀过程中大小 形状和质量均不发生变化 液体为静止状态 颗粒沉淀不受容器器壁影响 颗粒沉淀仅受重力和水的作用 作用方式 11 二 自由沉淀速度 1 颗粒在静水中的受力情况重力 浮力 阻力 式中 s 表示颗粒及水的密度g 重力加速度A 颗粒在沉淀方向上的投影面积 对球形颗粒 A d2 4u 颗粒沉速 阻力系数 它是雷诺数 和颗粒形状的函数 水的粘度 12 2 颗粒在静水中的运动情况在静水中悬浮颗粒开始沉淀时 因受重力作用而产生加速运动 同时水的阻力也逐渐增大 经一很短时间后 当阻力F3增大到与颗粒的 重力F1和浮力F2之差 相等时 颗粒作等速下沉运动 等速沉淀的速度常称沉淀末速度 简称沉速 13 3 颗粒沉淀速度在等速沉淀情况下 F1 F2 F3 即 层流状态下 Stokes公式 14 由stocks公式可知 4 影响沉淀速度的因素 A 与颗粒 水的密度差成正比 当 s 时 u 0 颗粒下沉 当 s 时 u 0 颗粒上浮 当 s 时 u 0 颗粒悬浮 B 与颗粒直径平方成正比 一般沉淀只能去除d 20 m的颗粒 对于粒径较小的颗粒 可以通过混凝增大颗粒粒径 促进沉淀 C 与水的粘度 成反比 因粘度与水温成反比 故提高水温有利于加速沉淀 15 1 实验目的实际废水中悬浮物颗粒粒径不均匀 形状各异 密度也有差异 通过沉淀试验 了解废水中悬浮物的沉淀特点 为工程设计提供参数 三 自由沉淀实验 16 H 取样口 沉降柱 2 实验方法实验编号 123 n原水浓度 C0C0C0 C0有效水深 HHH H取样时间 t1t2t3 tn取样浓度 C1C2C3 CnCi C0 XiX1X2X3 XnH ti uiu1u2u3 un 颗粒沉降到取样口被认为去除 沉降速度u 在指定时间t内 能从液面恰好沉到水深H处最小颗粒的沉速 u H t Xi表示沉速u ui的颗粒浓度与原始浓度的比值 17 3 沉淀效率计算 u u0颗粒去除率 t0时间内 沉淀距离H 全部去除 u u0颗粒去除 在t0时间内其沉淀距离为h H 有部分颗粒通过取样面被去除 去除比例为h H 即 X 去除率为 1 X0 X0表示沉速u u0的颗粒与全部颗粒的比 u u0所有颗粒的去除率 某一颗粒与颗粒总量的比例为dx 被去除的颗粒为 沉速u u0所有颗粒的去除率应为 18 在t0时间内 各种颗粒沉淀的总去除率为 X 19 思考 沉降曲线与沉淀实验的水深有无关 根据计算结果 可绘制E t和E u0关系曲线 称为 沉降特性曲线 20 上述实验工作量太大 严格地说 经沉降时间t后 将有效水深内全部水样取出 测定剩余悬浮物浓度C 按下式计算效率E 实验改进方法 1 从有效水深的上 中 下部同时取相同数量水样混合后求出平均悬浮物浓度 2 中部取样方法 可以假定悬浮物浓度沿深度呈直线变化 将取样口设在H 2处 21 例题 某废水静止沉淀试验 有效水深为1 2m c代表沉降时间t时取样中所含的悬浮物浓度 C0代表起始悬浮物浓度 求 沉速为3cm min时悬浮颗粒的去除百分率 22 解 与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下 以u为横坐标 C C0为纵坐标作图 如图所示 已知 23 当u0 3cm min时 由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比x0 0 67 积分式可由图解求出 等于图中各矩形面积之和 其值为 0 1 0 5 1 0 1 3 1 6 2 0 2 4 0 07 2 7 1 07故沉速为3cm min时 总去除率为 E 1 0 67 1 3 1 07 0 69 u cm min 24 思考题如何理解沉速u u0的颗粒部分被去除 去除比例为u u0 25 第三节絮凝沉淀由于原水中含絮凝性悬浮物 如投加混凝剂后形成的矾花 生活污水中的有机悬浮物 活性污泥等 在沉淀过程中大颗粒将会赶上小颗粒 互相碰撞凝聚 形成更大的絮凝体 因此沉速将随深度而增加 悬浮物浓度越高 碰撞机率越大 絮凝的可能性就越大 26 可见 悬浮物的去除率不仅取决于沉淀速度 而且与深度有关 絮凝沉淀的效率通常由试验确定 鉴于以上原因 试验用的沉淀柱的高度应当与拟采用的实际沉淀池的深度相同 而且要尽量避免矾花因剧烈搅动造成破碎 影响沉淀效果 27 絮凝沉淀试验原理 采用多点取样法 在直径约0 1 0 2m 高约1 5 2 0m 且沿高度方向设有约5个取样口的沉淀筒中倒入浓度均匀的原水静置沉淀 尽量避免絮凝体因剧烈搅拌而破碎 影响沉淀效果 每隔一定时间 分别从各个取样口采样 测定水样的悬浮物浓度 计算表观去除率 以取样口高度h为纵坐标 沉淀时间t为横坐标 将各深度处的颗粒去除百分数的数据点绘制在坐标纸上 如图示 把去除百分数p相同的各点连成光滑曲线 称为等去处率曲线 如下图示 28 29 等去处率曲线含义 当沉淀时间为t0时 对应沉速u0 H t0 凡是u u0的颗粒能全部被去除 u0的颗粒只有部分被去除 沉淀时间为t0时 相邻两根曲线表示的数值之间的差别 反应出同一时间 不同沉淀深度的去除百分数的差别 表示有一部分颗粒对于上一条曲线来说 已沉降下去了 而对下一条曲线来说 认为尚未沉淀下去 可以理解为这部分颗粒正介于两曲线之间 其平均沉速等于其平均高度除以沉淀时间t0 其数量为两曲线的数值差 若差值无限小 则可认为是某一特定粒径颗粒 其去除效率为其平均高度除以水深H 30 对指定的沉淀时间和沉淀高度 总沉淀效率 可用下式计算 见下图 Ei 表示指定时间内 水深H处沉速ut u0的颗粒的去除率 E 表示不同水深处ut u0的颗粒的去除率增量h 表示不同去除率增量之间的平均水深 两曲线之间的中点高度 31 32 简易处理方式 沉淀柱中部取样法可近似地求絮凝沉降的去除率 据分析统计 误差一般在 5 以内 沉淀时间 20min时 误差仅 2 3 这数值与悬浮物取样和测定误差相比 可以认为是很小的 上述方法可满足工程需要 而且沉淀柱中部取样法的实验工作量和计算都大为简化 33 例题 某废水静止沉淀试验数据如表中所示 实验有关水深为1 2m 表中c代表沉降时间t时由取样口取样中所含的悬浮物浓度 C0代表起始悬浮物浓度 求沉速为3cm min时悬浮颗粒的去除百分率 34 解 与各沉降时间相应的颗粒沉速计算如下 以u为横坐标 C C0为纵坐标作图 如图所示 35 36 当u0 3cm min时 由图可见小于该沉速的颗粒与全部颗粒的重量比x0 0 67 积分式可由图解求出 等于图中各矩形面积之和 其值为 0 1 0 5 0 1 0 1 0 1 1 3 0 1 1 6 0 1 2 4 0 07 2 7 1 07故沉速为3cm min时 总去除率为E 1 0 67 1 3 1 07 0 687 37